「比科幻更令人驚奇的,往往是科學本身。」這句話完美詮釋了蕭恩·卡羅爾教授這本《潛藏的宇宙:量子世界與時空的湧現》帶給我的智性震撼。接下這本書的翻譯工作,不僅是一場知識的探險,更是一次徹底顛覆我既有認知的「典範轉移」之旅。
卡羅爾教授曾任教於加州理工學院,現為聖菲研究所外聘教授,是當代最具影響力的科普作家之一。他在量子物理與科學哲學領域著作等身,其2016年作品《詩性宇宙》在台灣出版後便廣受好評,成為科普愛好者必讀的經典之作。
《潛藏的宇宙》全書分為三大篇章,建構出一幅令人嘆為觀止的量子世界圖景。首部曲從「上帝是否在擲骰子?」這個愛因斯坦與波耳的世紀之辯切入,帶領讀者重新審視量子力學那些「鬼魅般」的基本原理。回憶大學初學量子力學時,那種顛覆古典物理認知的震撼感至今記憶猶新。當時老師諄諄教誨:面對這門「新物理」,必須先「全盤接受」其離經叛道的本質,而非試圖用古典思維強加解釋。我就是憑著這個「心法」,學會從薛丁格方程求解波函數,理解虛數構成的機率振幅如何平方為現實世界裡的機率大小。漸漸地,我接受了機率就是這個世界的本質,也認同哥本哈根學派所提出的「上帝是在擲骰子」的主張,卻始終不解為何愛因斯坦對此深惡痛絕,更困惑像費曼這樣的奇才也會坦言「無人真正理解量子力學」。
當本書把我熟悉的學習方式稱為「閉嘴計算」典範,把我所學會的內容歸為「教科書量子力學」時,初讀時那份錯愕與抗拒,逐漸轉化為會心一笑的領悟。這促使我跳脫既有框架,以全新視角重新審視量子力學的本質。相信每位曾修習量子物理的讀者,都能在這場「溫故知新」的思維之旅中找到獨特的樂趣。
第二篇章宛如科幻小說般引人入勝,卡羅爾教授深入探討艾弗雷特提出的「多世界詮釋」。這個又稱為「簡樸量子力學」的理論,以近乎禪學「斷捨離」的方式,剝除所有測量假設,直指量子力學最純粹的本質:若我們僅保留薛丁格方程和波函數這兩大基石,世界將會呈現何種面貌?答案令人震撼——每一次測量都不會造成波函數崩陷,而是導致宇宙分裂出無數平行分支!換言之,只要我們勇於正視量子糾纏與退相干等現象的本質,「多個世界」(波函數分支)的出現將是邏輯必然,而非科幻情節。這部分論述精妙絕倫,我誠摯邀請讀者跟隨作者抽絲剝繭,細細品味這個「比科幻更科幻」的科學推演過程,並思考由此衍生的深刻哲學命題:你希望平行世界中的「分身」過著怎樣的生活?這些「世界」與「分身」究竟是真實存在,抑或只是個數學模型?
經過前十章扎實的理論建構,第三篇章將視野拓展至量子場論與廣義相對論,探討量子重力理論的前沿研究。眾所周知,物理學家已成功建立大統一理論(GUT),整合弱力、強力與電磁力。若能進一步納入重力,距離解釋萬物的「萬有理論」(ToE)似乎僅剩一步之遙。然而這「最後一哩路」的艱難程度,恐怕遠超常人想像。
作者巧妙避開繁複數學,以量子場論的基本思維引領讀者理解「場量子化」的奧妙——正如把電磁場量子化得到光子,理論上,重力場應能量子化而得出「重力子」。但關鍵在於,愛因斯坦的廣義相對論把重力詮釋為時空彎曲本身,而非牛頓力學中存在於時空中的一種作用力。這意味著量子化重力場,實質上是對時空結構進行量子化!我們習以為常的時間與空間,這個承載萬物的「舞台」,突然要成為量子遊戲的「參與者」,其概念衝擊之大,可借用北歐理論物理研究所王元君研究員在演講中的妙喻:「這好比原本約好球員在固定球場比賽,突然連球場地板也要下場打球,自然令人不知所措。」
卡羅爾教授透過量子真空態、黑洞觀測等現代物理發現,跳脫傳統「先古典後量子」的思維框架,直接從量子糾纏和退相干等本質特性出發,輔以熵、湧現等跨領域概念,層層剖析「時間」和「空間」的真實本質,探討「古典世界如何從波函數分支中湧現」這個根本問題。讀者將跟隨作者犀利的思想實驗,深入理解弦論、迴圈量子重力、重力熵假說等前沿理論的發展困境與突破可能。
必須坦言,量子與重力的統一之路尚未走到盡頭,終極答案仍隱藏在未知的迷霧中。但這不正是理論物理最迷人的特質嗎?與未知共存,在困惑中堅持探索,正是科學前沿工作者的日常寫照。
若您也渴望揭開宇宙最深層的面紗,追問存在最根本的真相,我相信您一定會愛上卡羅爾教授透過本書展現的清晰思路、優雅文筆與生動比喻。準備好展開這場「腦洞大開」的科學之旅了嗎?讓我們一同探尋那些「潛藏的宇宙」。
【註】王元君研究員於2015年12月5日在臺大應力所國際演講廳主講「黑洞與量子力學:從霍京輻射到火墻悖論」之演講內容。